聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一種透明、無(wú)色、耐候性好的聚合物材料,在可見(jiàn)光波段下,PMMA的透過(guò)率高達(dá)92%,廣泛應(yīng)用于透明塑料板、光導(dǎo)纖維、光學(xué)器件等領(lǐng)域。

PMMA表面由于低表面能和化學(xué)惰性，材料常常呈現(xiàn)出表面惰性和憎水性，難以潤(rùn)濕和粘合，所以需要對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行等離子表面處理，以此來(lái)改變其表面化學(xué)組成，增加其表面能，提高其表面潤(rùn)濕性。

等離子體(Plasma)是指由部分的原子被電離所產(chǎn)生的電子和離子組成的離子化氣體狀的物質(zhì),它是除固體、液體、氣體之外,物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。等離子體處理技術(shù)是指利用低溫等離子體中的活性粒子來(lái)轟擊高分子材料的表面,使材料表面分子的化學(xué)鍵被拆開(kāi),并與等離子體中的氮、氧等自由基結(jié)合,在材料表面形成大量如羧基、羥基等親水基團(tuán),顯著地提高材料表面的親水性和生物匹配性。

氧氣等離子處理PMMA

氧氣等離子體粒子產(chǎn)生的能量可引起聚合物內(nèi)的各種化學(xué)鍵（C-H；C-N；C=O；C-C；C=C；C≡C發(fā)生斷裂或重新組合，致使大分子降解，PMMA材料表面和氧氣在等離子體作用下發(fā)生反應(yīng)，形成C-O結(jié)構(gòu)。氧氣為反應(yīng)性等離子體，參與表面化學(xué)反應(yīng)，在PMMA材料表面引入含氧活性基團(tuán)，并生成大量自由基，如圖1所示。

圖1 PMMA氧氣等離子處理示意圖

PMMA氧氣等離子處理前后水滴角對(duì)比

液體在固體表面上形成液滴，當(dāng)液滴達(dá)到平衡時(shí)，在氣、液、固三相交界處，氣－液界面和固－液界面之間的夾角稱為接觸角，用θ表示。接觸角越小，潤(rùn)濕性越好。潤(rùn)濕是粘附的必要條件，PMMA材料表面經(jīng)等離子體處理后水滴角如圖2所示，由于親水性含氧基團(tuán)的存在，導(dǎo)致PMMA材料表面潤(rùn)濕性明顯改善，有利于后續(xù)粘合，鍵合等工藝。

圖2 PMMA等離子處理，左邊等離子處理前 右邊等離子處理后

PMMA等離子體表面親水改性技術(shù)是一種干法化學(xué)改性技術(shù)，處理過(guò)程中不需要水，只涉及氣固兩相。發(fā)生反應(yīng)時(shí)，粒子轟擊基體，可有效改變材料表面自由能、潤(rùn)濕性等性能。等離子體處理工藝是發(fā)生在材料表面的，深度在幾至幾百納米之間，因此并不會(huì)改變材料基體性能；改性使用的氣體一般是氧氣、氬氣等，也不會(huì)產(chǎn)生有害氣體。